品质管理统计原理(10个Document)_3.pdf
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1、最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 授 課 目 錄 第1章 導 論 第2章 統計資料的整理與描述 第3章 機率導論 第4章 常用的機率分佈與統計分佈 第5章 描樣方法與描樣分佈 第6章 統計估計 第7章 統計檢定 第8章 變異數分析 第9章 相關分析與迴歸模式 第10章 無母數統計檢定 第11章 類別資料分析-列聯表與卡方檢定 最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 一組樣本資料常呈現某種特殊型式的機率分配。當獲得母體的樣本資料時,須從
2、各種機率分佈當中,選擇出最接近該母體的機率分佈,使樣本資料與母體參數有最佳的推論與檢定能力。常用的機率分佈有:離散型與連續型二大類。4.1 離散型機率分佈 離散型機率分佈(p)-常見有二項分佈、卜氏分佈、離散型均勻分佈、超幾何分佈。若一隨機實驗只有成功和失敗兩種結果,事件成功發生的機率為 p,事件失敗發生的機率為 1-p。令隨機變數 x=1代表成功的事件,x=0 代表失敗的事件,此稱隨機變數 X服從白努利分佈(Bernoulli Distribution)。x 1 0 P(x)p 1-p EX 1p 0(1-p)VX=EX2-(EX)2 p(1-p)p(x)=P(X=x)=px(1-p)1-x
3、 第四章 常用的機率分佈與統計分佈 最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10(1)二項分佈(Binomial)-執行 n 次白努利隨機試驗,事件成功發生的機率為 p,事件失敗發生的機率為 1-p。通常以隨機變數 XB(n,p)表示。其機率密度函數與累積分佈函數為:p(x)=C(n,x)px(1-p)n-x x=0,1,n (4.1)F(x)=xk=0C(n,k)pk(1-p)n-k (4.2)其期望值與變異數為:EX=np VX=n p(1-p)二項式分佈當 n 很大或 p 接近 0.5 時呈常態分佈,np 接近 1
4、Peak Out,p0.5右偏,p0.5左偏 Excel:pp.99-100,Bernoulli Distribution pp.101-110,Binomial Distribution 最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 範例、致遠管理學院約有 40%的學生喜歡打籃球,茲隨機機訪問 1 個學生,試問(a)此學生喜歡打籃球的期望值與變異數?(b)隨機機訪問 5 個學生,此 5 個均喜歡打籃球的期望值與變異數?有 2 個均喜歡打籃球的期望值與變異數?至少有 3 個喜歡打籃球的期望值與變異數?SOL:公式、查表、E
5、xcel(binomdist(x,n,p,true)(a)令隨機變數 X 代表喜歡棒與否,則(注意:N/Y)EX=p=0.4 VX=p(1-p)=0.24(b)令隨機變數 X 代表喜歡棒的人數,則(注意:人數)EX=np=5*0.4=2 VX=np(1-p)=1.2 P(X=2)=C(5,2)(0.4)2(0.6)3=0.346 /binomdist(2,5,0.4,false)/P(X 3)=1-P(X 2)=0.317 /1-binomdist(2,5,0.4,true)/最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10
6、範例、工管系期末考統計學出 20 題選擇題(4 選 1),每題 5分。某學生採完全以猜的方式作答,試問(a)此學生答對數的期望值與變異數?(b)此學生期末考統計學分數的期望值與變異數?(c)此學生考及格的機率?(d)此學生最多考 40 分的機率?SOL:公式、查表、Excel(a)令隨機變數 X 代表此學生答對題數,則(注意:題數)EX=np=20*1/4=5 VX=np(1-p)=3.75 (b)分數期望值(注意:分數)E5X=5EX=25 V5X=25*3.75=93.75 (c)此學生須答對 12 題以上才能及格,因此,P(X 12)=1-P(X 0 (4.10)F(x)=1-e-x/(
7、4.11)其期望值與變異數為:EX=VX=2 最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 範例、工管系舉行迎新烤肉活動,地點是曾文水庫。歸來時大家快樂的走到候車亭等往麻豆的台南客運。不巧,同學們剛到候車亭時,車子正好剛開走。康樂股長看看站牌上寫著:往麻豆班車平均每 20 分鐘開一班。(a)同學們最多再等 10 分鐘之機率?(b)超過 30 分鐘之機率?SOL:公式、查表、Excel 令隨機變數 X 代表台南客運到達時間間距,XExp()=Exp(20),則(a)F(x)=P(x 10)=0.39 /=expondist(
8、10,1/20,true)/(b)P(x 30)=0.2231 /=1-expondist(30,1/20,true)/最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 (3)常態分配(Normal)應用最廣的機率分配,其貼切地模式化或描述很多自然現象或社會科學實例。通常以隨機變數 XN(,2)表示。其機率密度函數與累積分配函數為:222)x(e21)x(f -,0 (4.12)dxe21)x(F222)x(x (4.13)其期望值與變異數為:EX=VX=2 常態分配具有以下各項特性:(a)是一以平均值為中心線,呈左右對稱鐘狀
9、圖形的分配。愈大,分配偏離中心愈遠,曲線圖愈平緩。(b)母體的平均值、眾數、中位數均相同值。(c)機率分配函數圖形向曲線中心的兩端延伸,該漸趨近橫軸(即機率函數值遞減)。通常將其 XN(,2)標準化。標準化過程是令 Z=(X-)/則 ZN(0,1),又稱 Z 分配。最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 標準常態機率密度函數 2x2e21)x(f,-x (4.14)標準常態分配之期望值與變異數為:EX=0,VX=1 範例、工管系期末考統計學成績,經整理得知具有 N(50,16),試問成績於 5060 的人數,大概佔所
10、有參加考試人數的比例為多少?公式、查表、Excel SOL:令隨機變數 X 代表考試成績,其具有 N(50,16),則 P(50 X 60)=P(50-50)/4 (x-50)/4(60-50)/4=0.494 /=normdist(60,50,4,true)-normdist(50,50,4,true)/範 例、工 管 系 某 品 管 實 驗,經 整 理 資 料 得 知 具 有N(0.3,0.012),老師規定此實驗規格應為 0.30.02 之間才合格。試問此實驗不合格的比率有多少?SOL:公式、查表、Excel 令隨機變數 X 代表實驗資料,其具有 N(0.3,0.012),則 P(0.2
11、8x0.32)=P(0.28-0.3)/0.01(x-0.3)/0.01(0.32-0.3)/0.01=0.9544 最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10/=normdist(0.32,0.3,0.01,true)-normdist(0.28,0.3,0.01,true)/(4)伽瑪分配 Gamma Distribution 如隨機變數 X,具有以下的機率密度函數,則該分配稱之為伽瑪分配:0 x,ex)(1),x(f/x1 (4.15)其中、是伽瑪分配的參數,其值均大於 0。Where the gamma func
12、tion is defined as:0 x,dtet)x()t(0)1x(0,dtet)()t(0)1(伽瑪函數將被運用到數個統計量分配-Chi-Square,t,F Distribution。最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 4.3 常用的統計分配 如何將樣本資料x1,x2,xn推估母體參數(,2),此種由抽樣資料推論母體的長像,統計上稱為統計推論。為了推論母體所服從的機率分配,即推論該機率分配的母體(,2)。從母體中抽取數個樣本,利用這些樣本組成所謂的樣本統計量,而樣本統計量所服從的機率分配則稱之為統計分
13、配,亦稱抽樣分配(Sampling Distribution)。常用的統計分配有常態分配,t 分配,卡方分配,F 分配等。統計推論的目的係利用樣本裏的資訊對母體作結論,所採之方法為隨機樣本,即倘母體有 N 個元素而抽出 n 個樣本,所有的 C(N,n)個可能樣本中的每一個被選中的機率均相等,亦稱隨機抽樣(Random Sampling)。母體 樣本 分配、參數 統計量 隨機抽取 推 論 檢定 計算 描述 最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 樣本統計量:集中趨勢統計量-平均數。離散趨勢統計量-變異數與標準差等。x=
14、(x1+x2+xn)/n=(ni=1 xi)/n S2=ni=1(xi-x)2/(n-1),(ni=1(xi-x)2:Sum Square)常用統計分配:(1)常態分配 上述已定義過常態分配,主要是用來說明隨機變數的分佈狀況。而在統計應用上,常態分配是用來推論與檢定母體的特徵值。如,以樣本平均值x去推論,其中x的統計分配即常態分配。大數法則 從同一母體隨機抽取出 n 個樣本,當 n 很大時,則由樣本算出的樣本平均值會接近母體平均數,即 x(n)(Ex=)最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 中央極限定理 19 世紀
15、法國學數家 Pierre Simon de Laplace(1749-1827)所提出。他是從觀察到量測誤差有常態分配的趨向而得到此定理。樣本平均數大都趨近於常態分配。中央極限定理的精神:從任何以期望值,變異數2的母體中,隨機抽出 n 個樣本x1,x2,xn且 x=x1+x2+xn,則樣本平均值x將會趨近於標準常態分配。)1,0(Nnxzn (4.16)其中/n1/2稱之為標準誤(Standard Error);2/n變異誤(Error Variance)。最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 範例、致遠管理學院女
16、學生平均身高為 160cm,標準差為9cm;茲隨機抽取 36 位女學生,試問平均身高大於 160cm而小於 162cm 的機率有多少?公式、查表、Excel SOL:令隨機變數x代表隨機抽取 36 位的平均身高,即 x=160,/n1/2=9/(36)1/2=1.5,則 P(160 x 162)=P(160-160)/1.5 (x-160)/1.5(162-160)/1.5=0.4082/=normdist(162,160,1.5,true)-normdist(160,160,1.5,true)/範例、致遠管理學院學生選修科技與人生人數服從二項分配 B(n,p=0.07),為了避免選修該課程的
17、人數過多,影響教學品質,倘選修的人數超過 80 人則開 2 班上課。試問本學期有 1000 人可選此門課,則此門課開 2 班上課的機率有多少?公式、查表、Excel SOL:令隨機變數 X 代表選修該課程的學生人數,則 P(X80)=1-binomdist(79,1000,0.07,true)=0.1207 另 應 用 中 央 極 限 定 理,因EX=np=70、VX=np(1-p)=65.1,則 最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 P(X80)=P(X-70)/(65.1)1/2(80-70)/(65.1)1/
18、2=0.1075 (2)卡方分配(Chi-Square)一個可用常態隨機變數來定義的重要的抽樣分配就是卡方分配(2)。倘 z1,z2,zk為 k 個獨立且相同分配的常態隨機變數,期望值 0 且變異數 1,簡記為 NID(0,1)(Normally and Independently Distribution),隨機變數 x=z12+z22+zk2,即會依循自由度為 k 的卡方分配,其機率密度函數。通常以隨機變數 X 2k表示。卡方機率密度函數 2x12k2/kex)2/k(21)x(f,0 x (4.17)The gamma function is defined as:dtet)x()t(0
19、)1x(其期望值與變異數為:EX=k VX=2k 卡方分配是不對稱的統計分配,其對應的機率分配隨著自由度 k 而有所不同。最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 假設x1,x2,xn是一個來自 N(,2)分配的隨機樣本。則其平方和除以2後就依循卡方分配。SS/2=ni=1(xi-x)2/2=2n-1 另 S2=ni=1(xi-x)2/(n-1)=SS/(n-1)=2/(n-1)2n-1 S2的分配為2/(n-1)2n-1。故樣本變異數的抽樣分配為一個常數乘以卡方分配。如下圖,卡方分配(k=1,5,15)假設隨機變數
20、X 2n-1,定義2,n-1為自由度(n-1)之卡方分配其右邊(累積)機率等於的臨界值,即 P(X 2n-1)=,則 P(X 21-/2,n-1)=1-/2,及 P(21-/2,n-1 X 2/2,n-1)=1-=0.1,/2=0.05,2/2=20.05,21-/2=20.95 05101520253000.050.10.150.20.25最新资料推荐 最新精品资料整理推荐,更新于二二一年七月十八日 2021 年 7 月 18 日星期日 08:54:10 倘 P(X 21-/2,n-1)=1-/2,P(1-/2,n-12 X /2,n-12)=1-請查表20.975,4,20.95,13,2
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